Супервизорный пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор

Предлагаемое техническое решение относится к автоматическому регулированию, а именно к супервизорным пропорционально- интегрально-дифференциальным устройствам управления, и может быть использовано при автоматизации различных технологических процессов.

Технический результат предлагаемого решения заключается в повышении качества регулирования и расширении функциональных возможностей регулятора (реализуется супервизорный режим). Простыми средствами достигается оптимальная отработка задающего воздействия и оптимальное подавление возмущения.

Супервизорный пропорционально- интегрально-дифференциальный регулятор содержит первое, второе и третье динамические звенья, параллельно соединенные усилитель, интегратор и дифференциатор, выходы которых подключены к входам сумматора, выход которого является выходным каналом регулятора, входы усилителя, интегратора и дифференциатора подключены к выходам соответственно первого, второго и третьего элементов сравнения, минусовые входы которых подключены к каналу регулируемого параметра непосредственно, а их первые плюсовые входы подключены к каналу задания соответственно через первое, второе и третье динамические звенья, а также дополнительно четвертое, пятое и шестое динамические звенья, входы которых подключены к каналу измеряемого возмущения, а их выходы подсоединены ко вторым плюсовым входам соответственно первого, второго и третьего элементов сравнения.

1 н.п.ф.

1 илл.

Техническое решение относится к автоматическому регулированию, а именно к супервизорным пропорционально- интегрально-дифференциальным (ПИД) регуляторам, позволяющим одновременно с высоким качеством отрабатывать и задающее и возмущающее воздействия, и может быть использовано при автоматизации различных технологических процессов.

Известны системы связи электронно-вычислительной машины (ЭВМ) с пневматическими регуляторами, содержащие, в частности, регуляторы, аналоговые ячейки памяти (динамические звенья) [авт. свид. СССР 1341617, кл. G05В 15/00, Бюл. изобр. 36, 1987], предназначенные для работы в супервизорном режиме.

Известны устройства регулирования, содержащие, в частности, регулятор и инерционное (динамическое) звено в задающем канале [авт. свид. СССР 1486986, кл. G05В 15/00, Бюл. изобр. 22, 1989], которые могут работать в специальных режимах, в том числе и супервизорном режиме.

Однако такие системы и устройства обладают сложной конструкцией и не обеспечивают коррекцию (а следовательно, и высокого качества) работы в супервизорном режиме всех составляющих (в частности, интегральной и дифференциальной) закона регулирования, когда задающее воздействие подается от внешнего задатчика (регулятора, ЭВМ и т.п.) и может изменяться произвольным образом, в том числе и скачкообразно.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является супервизорный пропорционально- интегрально-дифференциальный регулятор, содержащий первое, второе и третье динамические звенья, а также параллельно соединенные усилитель, интегратор и дифференциатор, выходы которых подключены к входам сумматора, выход которого является выходным каналом регулятора, а также первый, второй и третий элементы сравнения, минусовые входы которых подключены к каналу регулируемого параметра непосредственно, а их первые плюсовые входы подключены к каналу задания соответственно через первое, второе и третье динамические звенья, выходы первого, второго и третьего элементов сравнения соединены с входами соответственно усилителя, интегратора и дифференциатора [патент РФ 2157558, МПК7 G05В 11/36, Бюл. изобр. 28, 2000].

Однако в известном супервизорном пропорционально- интегрально-дифференциальном (ПИД) регуляторе не обеспечивается коррекция работы составляющих закона регулирования по каналу возмущения, когда оно является измеряемым. Это не позволяет добиться значительного улучшения качества регулирования.

Настоящее техническое решение решает задачу повышения качества регулирования технологических параметров при наличии измеряемого возмущающего воздействия путем оптимизации (коррекции) работы всех (и каждой в отдельности) составляющих закона управления. Так как эти составляющие должны быть настроены на оптимальное подавление задающего воздействия, то без предлагаемой коррекции они отрабатывают возмущающее воздействие с очень низкими показателями качества по сравнению с тем случаем, когда эти же составляющие настраиваются на качественную отработку возмущающего воздействия. Но тогда в этом последнем случае получаем низкое качество отработки задающего воздействия. Таким образом, требуется одновременно обеспечить высокое качество работы автоматической системы регулирования (АСР) при подаче (при появлении) задающего и/или возмущающего воздействий.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом супервизорном пропорционально- интегрально-дифференциальном регуляторе, содержащем первое, второе и третье динамические звенья, параллельно соединенные усилитель, интегратор и дифференциатор, выходы которых подключены к входам сумматора, выход которого является выходным каналом регулятора, входы усилителя, интегратора и дифференциатора подключены к выходам соответственно первого, второго и третьего элементов сравнения, минусовые входы которых подключены к каналу регулируемого параметра непосредственно, а их первые плюсовые входы подключены к каналу задания соответственно через первое, второе и третье динамические звенья, дополнительно введено три динамических звена, входы которых подключены к каналу измеряемого возмущения, а выходы их подсоединены ко вторым плюсовым входам соответственно первого, второго и третьего элементов сравнения.

На Фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого регулятора с коррекцией всех составляющих закона регулирования по каналам задания и измеряемого возмущения.

Супервизорный пропорционально- интегрально-дифференциальный регулятор содержит параллельно соединенные усилитель 1, интегратор 2, дифференциатор 3, выходы которых соединены с входами сумматора 4, выход которого подключен к выходному каналу регулятора 5, а входы усилителя 1, интегратора 2, дифференциатора 3 подключены к выходам соответственно первого 6, второго 7 и третьего 8 элементов сравнения, минусовые входы которых подключены к каналу регулируемого параметра 9 непосредственно, первые плюсовые входы первого 6, второго 7 и третьего 8 элементов сравнения соединены с выходами соответственно первого 10, второго 11 и третьего 12 динамических звеньев, входы которых подключены к выходу канала задания 13, вторые плюсовые входы первого 6, второго 7 и третьего 8 элементов сравнения подключены к выходам соответственно четвертого 14, пятого 15 и шестого 16 динамических звеньев, входы которых подключены к выходу канала измеряемого возмущения 17.

Супервизорный пропорционально- интегрально-дифференциальный регулятор работает следующим образом.

При отработке задающего воздействия в автоматической системе регулирования возмущение f в канале измеряемого возмущения 17 постоянно, следовательно, выходные сигналы четвертого 14, пятого 15 и шестого 16 динамических звеньев тоже являются постоянными и не влияют на сигнал U в выходном канале регулятора 5. При этом изменение выходного сигнала U, чтобы отработать задающее воздействие, зависит только от сигнала Y в канале регулируемого параметра 9, усилителя 1, интегратора 2, дифференциатора 3 с оптимальными настройками и задающего воздействия Y_эд в канале задания 13.

При подавлении возмущающего воздействия f в канале измеряемого возмущения 17 на вторые плюсовые входы первого 6, второго 7 и третьего 8 элементов сравнения поступает скорректированный сигнал с выхода соответствующего четвертого 14, пятого 15 и шестого 16 динамических звеньев. Параметры этих динамических звеньев подбираются таким образом, чтобы исходный ПИД-регулятор на базе усилителя 1, интегратора 2 и дифференциатора 3 с неоптимальными настройками для подавления возмущающего воздействия, но с оптимальными - для отработки задающего воздействия, качественно отработал (подавил) и возмущающее воздействие.

Таким образом, главным отличием предлагаемого супервизорного регулятора от обычных ПИД-регуляторов является наличие дополнительных динамических звеньев с различными передаточными функциями в каналах подачи сигналов коррекции по измеряемым возмущениям для отдельных (или всех по отдельности) составляющих закона управления. По сравнению с известными, предлагаемый супервизорный регулятор позволяет обеспечить существенное улучшение динамических характеристик систем регулирования технологических параметров при отработке возмущений по различным каналам, а также расширить функциональные возможности АСР. В качестве распространенного примера АСР с измеряемым возмущением можно привести системы отопления, где регулируемым параметром является температура воды на входе в систему отопления или температура воздуха в отапливаемом помещении, а канал измеряемого возмущения подключается к датчику температуры наружного воздуха.

Предлагаемый супервизорный ПИД - регулятор можно выполнить на элементах цифровой и микропроцессорной техники, и даже на элементах и модулях промышленной пневмоавтоматики его реализация не вызывает затруднений.

Супервизорный пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, содержащий первое, второе и третье динамические звенья, параллельно соединенные усилитель, интегратор и дифференциатор, выходы которых подключены к входам сумматора, выход которого является выходным каналом регулятора, входы усилителя, интегратора и дифференциатора подключены к выходам соответственно первого, второго и третьего элементов сравнения, минусовые входы которых подключены к каналу регулируемого параметра непосредственно, а их первые плюсовые входы подключены к каналу задания соответственно через первое, второе и третье динамические звенья, отличающийся тем, что в него дополнительно введено три динамических звена, входы которых подключены к каналу измеряемого возмущения, а выходы их подсоединены ко вторым плюсовым входам соответственно первого, второго и третьего элементов сравнения.